钛及钛合金材料生产加工工艺926页

内容共18章,较系统地介绍了钛及钛合金的主要性质,国内外钛工业的发展状况,钛资源及钛矿的采选,富钛料的生产及高品质钛渣的制备,钛生产及成型工艺技术,商业纯钛 (CP钛)、 (α+β)钛合金、高温钛合金、β钛合金以及钛基金属间化合物和钛基体复合材料的不同生产工艺、加工微结构和性质之间的相互关系,氢化钛及合金粉的制备,钛眼镜型材和加工工艺,生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺、钛的特殊性质和其他应用。

目录
1 概论 15
1.1 钛发展简史 15
1.2 钛和钛合金制品的应用领域 16
1.3 钛和钛合金及钛材制品分类 18
参考文献 22
2 钛和钛合金的主要性质 24
2.1 物理性质 24
2.2 化学性质 25
2.3 晶体结构 27
2.4 弹性特征 28
2.5 形变模式 29
2.5.1 滑移模式 30
2.5.2 孪晶形变 31
2.6 相图 33
2.7 相变 37
2.7.1 马氏体相变 37
2.7.2 形核与扩散生长 39
2.8 硬化机理 41
2.8.1 α相硬化 41
2.8.2 β相硬化 42
2.9 一些基本的物理化学性能 46
2.9.1 扩散性 47
2.9.2 腐蚀行为 49
2.9.3 氧化性 52
参考文献 53
3 我国钛工业发展状况 56
3.1 海绵钛 56
3.1.1 我国海绵钛进出口情况分析 59
3.1.2 我国海绵钛需求情况分析 59
3.1.3 我国海绵钛生产的主要特征及在全球中的地位 60
3.2 钛锭 61
3.2.1 我国钛锭的主要生产企业 63
3.2.2 我国钛锭的进出口及需求 64
3.3 钛合金 65
3.3.1 高温钛合金 65
3.3.2 高强钛合金 66
3.3.3 船用钛合金 67
3.3.4 阻燃钛合金 68
3.3.5 低成本钛合金 69
3.3.6 低温钛合金 69
3.3.7 医用钛合金 70
3.4 钛加工材 72
3.4.1 我国钛加工材生产企业情况及进出口分析 75
3.4.2 我国钛加工材需求情况分析 76
3.4.3 我国钛加工材生产的主要特征及在全球中的地位 79
3.5 钛装备 80
3.6 钛加工材在各行业的应用 82
3.6.1 化工行业应用情况 83
3.6.2 PTA行业应用情况 88
3.6.3 无机盐行业应用情况 91
3.6.4 航空航天领域应用情况 92
3.6.5 体育休闲领域应用情况 97
3.6.6 医疗领域应用情况 98
3.6.7 冶金领域应用情况 99
3.6.8 电力领域应用情况 100
3.6.9 船舶领域应用情况 107
3.6.10 汽车行业应用情况 114
3.7 国内主要生产企业 117
3.7.1 遵义钛业股份有限公司 117
3.7.2 宝钛集团有限公司 119
3.7.3 湖南湘投金天科技集团有限责任公司 124
3.7.4 西部超导材料科技有限公司 127
3.7.5 西部材料股份有限公司 131
参考文献 132
4 国外钛工业发展状况 133
4.1 世界钛工业的发展 133
4.2 海绵钛 139
4.2.1 全球海绵钛的产量 139
4.2.2 全球海绵钛贸易情况 140
4.3 国外海绵钛生产企业概况 141
4.3.1 美国的海绵钛生产企业 141
4.3.2 日本的海绵钛生产企业 142
4.3.3 独联体海绵钛生产企业 145
4.4 国外钛锭的产能、产量和贸易 149
4.4.1 国外钛锭的产能和产量 149
4.4.2 国外钛锭的贸易 150
4.5 国外钛材的产能、产量和贸易 150
4.5.1 国外钛材的产能和产量 150
4.5.2 国外钛材的贸易 151
4.6 国外钛材的应用领域 152
4.6.1 钛材在国外各个领域的应用 152
4.6.2 美国钛材在各领域的应用 153
4.6.3 日本钛材在各领域的应用 153
4.6.4 俄罗斯钛材在各领域的应用 154
4.6.5 各地区国家钛材应用领域的差异 154
4.7 各国在世界钛行业中的地位及影响 155
4.7.1 各国地位综述 155
4.7.2 各国主要海绵钛和钛材生产企业概述 155
4.8 世界钛行业发展分析 160
4.8.1 全球6次大的波动情况分析 160
4.8.2 全球钛材企业的上、下游合作情况 161
参考文献 161
5 钛资源及钛矿的采选 163
5.1 钛矿类型 163
5.2 国外钛资源 165
5.3 国外钛矿的生产状况 166
5.4 我国钛资源 168
5.5 我国钛矿的生产状况 169
5.6 钛矿的开采和选矿 170
5.6.1 钛矿的开采及应用 170
5.6.2 钛铁矿及相关矿物的物理性质 171
5.6.3 矿物的选矿方法 172
5.6.4 钛矿的选矿 174
5.7 【例1】提高钛粗精矿品位的研究 177
5.7.1 试验研究方法及技术路线 177
5.7.2 试验的主要设备 178
5.7.3 原矿工艺矿物学研究 178
5.7.4 主要矿物的选矿工艺特征 180
5.7.5 粗精矿工艺矿物学研究 187
5.7.6 选矿试验研究 190
5.7.7 验证试验 211
5.7.8 主要结论 213
5.8 【例2】钛选厂的流程考察及改进研究 214
5.8.1 试验研究方法 214
5.8.2 钛选厂流程考察 215
5.8.3 验证试验及现场改造 230
5.8.4 选钛工艺试验研究 236
5.9 钛选厂尾矿的综合回收利用研究 249
5.9.1 试验研究方法及矿样工艺矿物学分析 249
5.9.2 选矿试验研究 253
参考文献 277
6 富钛料的生产 283
6.1 富钛料概述 283
6.2 还原锈蚀法生产人造金红石 284
6.3 稀硫酸浸出法生产人造金红石 284
6.4 稀盐酸浸出法生产人造金红石 285
6.5 选择氯化法生产人造金红石 286
6.6 电炉熔炼法生产钛渣 286
6.6.1 国外钛渣生产状况 287
6.6.2 国内钛渣生产状况 290
6.7 钛精矿直接制取富钛料工艺研究 291
6.7.1 研究内容 291
6.7.2 试验原理 291
6.7.3 试验材料及方法 299
6.7.4 试验结果及讨论 305
6.7.5 小结 317
6.8 大型密闭直流电弧炉冶炼钛渣研究 318
6.8.1 直流电弧炉概述 318
6.8.2 钛渣冶炼工艺流程概述 320
6.8.3 DC炉的结构 322
6.8.4 DC炉还原冶炼原理分析 323
6.8.5 DC炉冶炼钛渣半工业试验 329
6.8.6 DC炉工业试生产 334
6.8.7 DC炉烟气处理系统分析及利用 359
6.8.8 DC炉熔炼酸溶渣工艺控制 374
6.8.9 小结 384
6.9 大型密闭直流电弧炉冶炼钛渣烟尘回收利用研究 385
6.9.1 钛渣烟尘 385
6.9.2 钛渣烟尘的酸浸试验 387
6.9.3 钠化焙烧—浸出—煅烧制取富钛料试验研究 392
6.10 电炉钛渣制备富钛料研究 400
6.10.1 电炉钛渣制备富钛料的研究现状 400
6.10.2 电炉钛渣的相组成和形成机理研究 402
6.10.3 电炉钛渣常压酸浸试验研究 404
6.10.4 试验结果与讨论 405
6.10.5 电炉钛渣高压酸浸试验研究 408
6.10.6 电炉钛渣高压碱浸酸浸试验研究 413
6.10.7 小结 428
参考文献 429
7 高品质钛渣(UGS)的制备 440
7.1 绪论 440
7.2 UGS渣的研究现状 440
7.3 UGS钛渣生产工艺机理研究的研究内容及难点 441
7.3.1 主要研究内容 441
7.3.2 技术难点 442
7.4 技术指标及工艺路线 442
7.4.1 技术指标 442
7.4.2 工艺路线 442
7.5 钛渣焙烧—酸浸工艺研究 443
7.5.1 钛渣性质 443
7.5.2 钛渣焙烧试验参数的影响 444
7.5.3 钛渣酸浸试验条件的影响 446
7.5.4 过程机理研究 447
7.5.5 钛渣品位 450
7.5.6 小结 452
7.6 钛渣焙烧-酸浸过程的热力学 452
7.6.1 热力学机理 452
7.6.2 钛渣焙烧热力学 455
7.6.3 不同碱渣比对钛渣改性效果的影响 456
7.7 钛渣焙烧-酸浸过程中的动力学 460
7.7.1 动力学机理 460
7.7.2 焙烧动力学 463
7.7.3 动力学计算 464
7.7.4 试验验证 467
7.8 酸浸动力学 468
7.8.1 不同酸浸温度对酸浸效果的影响 468
7.8.2 不同酸浓度对酸浸效果的影响 468
7.8.3 不同搅拌速度对酸浸效果的影响 469
7.8.4 酸浸动力学计算 470
7.8.5 试验验证 471
7.8.6 小结 473
7.9 制粒工艺及机理研究 473
7.9.1 制粒机理 473
7.9.2 制粒工艺 474
7.9.3 制粒评价体系 476
7.10 技术总结 476
参考文献 477
8 钛生产及成型工艺技术 479
8.1 海绵钛生产 479
8.2 熔炼 483
8.2.1 真空电弧重熔(VAR) 484
8.2.2 冷床熔炼(CHM) 487
8.2.3 与熔炼相关的缺陷 490
8.3 主要工艺 493
8.4 部件成型 498
8.4.1 锻造 498
8.4.2 环形轧制 500
8.4.3 金属切削(机加工) 503
8.5 近净成型工艺 504
8.5.1 铸造 504
8.5.2 粉末冶金 507
8.5.3 激光成型 510
8.5.4 传统片材的成型 512
8.5.5 超塑成型和扩散黏结 513
8.6 常规连接方法 517
8.6.1 熔焊 517
8.6.2 摩擦焊 522
8.7 表面处理 525
8.7.1 喷射硬化 525
8.7.2 激光冲击工艺 528
8.7.3 化学铣削(蚀刻) 530
8.7.4 电化学加工 531
8.8 检测方法 532
8.8.1 超声波检测 533
8.8.2 射线检测 536
8.8.3 表面侵蚀检测 536
8.8.4 涡流探伤 537
8.8.5 染色探伤 538
8.8.6 表面复型法 539
8.9 表征方法 540
8.9.1 光学显微镜 540
8.9.2 电子显微镜 542
8.9.3 x射线衍射 548
8.9.4 机械测试 549
8.10 一些新的进展 550
8.10.1 钛的新生产方法 550
8.10.2 摩擦搅拌处理 552
8.10.3 低塑性抛光 554
8.10.4 聚焦离子束仪的应用 557
8.10.5 用于结构/性能相关性的神经网络 561
参考文献 565
9 工业纯钛(CP钛)和α合金 569
9.1 加工和微观结构 570
9.1.1 材料加工 570
9.1.2 零件加工工艺 574
9.2 微观结构及组成和性质 575
9.3 性质和应用 584
参考文献 587
10 (α+β)合金 589
10.1 加工工艺和微结构 589
10.1.1 完全片状微结构 589
10.1.2 双相微结构 592
10.1.3 完全等轴微结构 595
10.2 微结构和力学性能 599
10.2.1 完全片状微结构 600
10.2.2 双相微结构 606
10.2.3 全等轴微结构 611
10.2.4 时效和氧含量的影响 615
10.2.5 β相中次生α相的作用 618
10.2.6 晶体织构的作用 620
10.3 性质和应用 623
参考文献 628
11 高温钛合金 631
11.1 加工工艺和微结构 632
11.2 微结构和力学性能 633
11.3 性质和应用 638
11.4 新的进展 640
11.4.1 静态疲劳强度 640
11.4.2 Ni杂质对蠕变强度的影响 646
参考文献 648
12 β钛合金 650
12.1 加工工艺和微结构 650
12.1.1 β退火微结构 650
12.1.2 β加工工艺微结构 654
12.1.3 完全转变加工工艺微结构 656
12.1.4 双相微结构 658
12.2 微结构和力学性能 661
12.2.1 加工工艺路线的影响 662
12.2.2 时效硬化影响 671
12.2.3 β晶粒尺寸影响 674
12.3 性能和应用 676
12.4 一些新的进展 681
12.4.1 屈服应力对Ti—6246性能的影响 681
12.4.2 Ti—5553性能的优化 685
12.4.3 β21S中α析出物分布 686
参考文献 689
13 钛基金属间化合物 692
13.1 合金化和微结构 692
13.2 微结构和性能 701
13.2.1 α_2合金和斜方晶系合金 701
13.2.2 γ合金 706
13.3 应用 707
13.4 γ合金LPT叶片 710
参考文献 714
14 钛基复合物 717
14.1 加工工艺 717
14.2 性质 721
14.2.1 拉伸性能 721
14.2.2 疲劳性能 722
14.2.3 蠕变性能 724
14.3 应用 725
参考文献 728
15 氢化钛及合金粉的制备 730
15.1 概述 730
15.1.1 技术原理及创新点 730
15.1.2 创新点分析 733
15.2 与国内外相关技术比较 733
15.3 技术分析 735
15.3.1 技术目标 735
15.3.2 技术目标实现情况 735
15.3.3 试验方案确定 735
15.4 氢化工艺研究 736
15.4.1 钛吸氢机理研究 736
15.4.2 氢化工艺研究 738
15.4.3 球磨工艺研究 741
15.4.4 破碎分级工艺研究 743
15.4.5 脱氢工艺研究 746
15.5 生产线的建设 752
15.5.1 主要建设内容 752
15.5.2 安全防爆措施 753
15.5.3 生产线主要设备 754
15.5.4 生产线运行效果 754
15.5.5 高品质氢化钛及钛粉制备 756
15.6 氢化合金粉末制备研究 759
15.6.1 氢化铌及氢化锆制备工艺研究 759
15.6.2 Ti-13Nb-13Zr氢化合金粉的研究 761
15.6.3 铝合金添加剂的制备 764
参考文献 767
16 钛眼镜型材和加工工艺 768
16.1 概述 768
16.2 生产工艺流程确定 768
16.3 钛眼镜型材加工工艺 768
16.3.1 试验主要设备 768
16.3.2 原料选择 770
16.3.3 辊拉模及压力模的设计和制作 770
16.3.4 润滑剂的选择 772
16.3.5 清洗、碱洗、酸洗工艺条件确定 773
16.3.6 热处理工艺条件确定 774
16.3.7 焊接工艺确定 775
16.3.8 产品的表面处理 776
16.3.9 产品的校直 777
16.3.10 各工序型材质量检验 777
16.4 试验结果和讨论 778
16.4.1 钛槽形丝产品 778
16.4.2 α型钛铰链产品 779
16.4.3 电焊丝产品 779
16.4.4 主要工序讨论 780
16.4.5 小结 786
16.5 β钛合金眼镜型材研制 786
16.5.1 新型β钛合金的成分设计和制备工艺条件 786
16.5.2 β钛合金的金相组织 791
16.5.3 β钛合金断口分析 792
16.6 β钛合金眼镜型材加工工艺 792
参考文献 794
17 生物医用钛及钛合金的粉末冶金制备工艺 797
17.1 绪言 797
17.1.1 生物医用金属材料 797
17.1.2 生物医用钛及钛合金 800
17.2 钛及钛合金的传统粉末冶金制备方法 806
17.3 钛及钛合金的新型粉末冶金制备方法 807
17.4 国内外采用粉末冶金工艺制备钛及钛合金的研究状况 808
17.4.1 国内研究进展 808
17.4.2 国外研究进展 809
17.5 试验方法及基本工艺 811
17.5.1 试验原料、仪器及设备 811
17.5.2 试验方案 815
17.5.3 样品特性测量与表征 815
17.6 烧结过程中氢化物脱氢热力学和动力学分析 817
17.6.1 引言 817
17.6.2 氢化物脱氢的热力学 818
17.6.3 氢化钛压坯脱氢动力学分析 823
17.6.4 小结 828
17.7 氢化钛烧结脱氢规律研究 829
17.7.1 引言 829
17.7.2 Ti-H体系 829
17.7.3 TiH_2脱氢规律研究 831
17.7.4 TiH_2烧结脱氢工艺的选择 838
17.7.5 小结 838
17.8 氢化钛烧结制备纯钛及Ti-6Al-4V合金研究 839
17.8.1 引言 839
17.8.2 试验过程 839
17.8.3 TiH_2烧结制备纯钛工艺影响因素研究 841
17.8.4 纯钛烧结样的性能测试分析 851
17.8.5 氢化钛烧结制备Ti-6Al-4V合金研究 855
17.8.6 纯钛及Ti-6Al-4V合金烧结样压力加工 862
17.8.7 小结 865
17.9 粉末冶金法制备Ti-13Nb-13Zr合金的研究 867
17.9.1 引言 867
17.9.2 合金配制及粉末混合 868
17.9.3 冷等静压成型 868
17.9.4 脱氢-烧结工艺选择 870
17.9.5 Ti-13Nb-13Zr合金烧结工艺研究 873
17.9.6 近净成型生物医用人体骨骼的研制 886
17.9.7 Ti-13Nb-13Zr合金烧结样物相分析 887
17.9.8 Ti-13Nb-13Zr合金烧结组织和性能 889
17.9.9 小结 893
参考文献 895
18 钛的特殊性质和其他一些应用 901
18.1 超导性 901
18.2 阻燃性 904
18.2.1 钛燃烧现象学 905
18.2.2 降低燃烧危险的合金选择 906
18.3 储氢 907
18.4 形状记忆效应 908
18.4.1 形状记忆效应现象 908
18.4.2 形状记忆合金的应用 911
18.5 汽车上的应用 912
18.6 与体育相关的应用 913
18.7 外观上相关应用 915
18.8 钛的一些新进展 917
18.8.1 生物医学材料 917
18.8.2 外观上应用的相关问题 919
参考文献 921
附录 923
附录A 相关元素相对原子质量一览表 923
附录B 相关化合物相对分子质量一览表 923
附录C 相关物质的焓 924